CN104536365A - 一种化学液在线加热控制系统及控制方法 - Google Patents

一种化学液在线加热控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种化学液在线加热控制系统及控制方法，根据设定温度，通过以主管路第一加热器的加热元件温度为内环反馈值，以主管路出口的化学液温度为外环反馈值，以入口管路的化学液入口压力为前馈值，输出第一加热器的加热功率，控制将主管路出口的化学液温度加热至设定温度；并通过以各支路出口的化学液温度为反馈值，分别输出各支路第二加热器的加热功率，在线控制将各支路出口的化学液温度加热至各自工艺腔室的清洗目标温度，可有效减小管路压力和流量的波动对主管路出口化学液温度的影响，保证进入多工艺腔室的化学液温度的一致稳定性，提高化学液的控温精度，缩短温度调节时间。

Description

一种化学液在线加热控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路的清洗设备控制领域，更具体地，涉及一种针对清洗设备化学液的在线加热控制系统及控制方法。
背景技术
清洗是集成电路制造过程中必不可少的工序，清洗的目的主要是清除半导体晶片表面的污染和杂质。因此，清洗设备在集成电路装备领域中处于非常重要的位置。在清洗工艺中，化学药液的温度是一个关键的控制参数，其直接影响到晶片的清洗结果。化学液温度的偏离会造成晶片清洗不干净或产生损伤等不良现象。随着半导体集成电路图形晶片上微细结构的特征尺寸的进一步缩小，要求对清洗用化学液的温度等工艺参数可以实现在线调节，并且对化学液的控温精度、温度的一致稳定性、温度的调节时间等提出了更高的要求。
而对于具有多工艺腔室的单片清洗设备而言，其化学液管路入口压力的波动，以及多工艺腔室化学液供给支路喷淋化学液的非同步性，将造成主管路化学液压力和流量的波动，导致主管路化学液的温度动态控制特性的恶化，进而影响多工艺腔室终端喷淋化学液的温度控制特性。
另外，由于各个工艺腔室的化学液供给支路的布局和长度等方面的差异，仅仅通过对化学液供给主管路上的化学液温度进行监控，将无法保证各工艺腔室终端喷淋化学液的温度。
公开号为CN 102218412B的中国发明专利公开了一种清洗药液的复合温度控制方法，通过先控制加热器对药液回收系统中的药液存储槽进行加热，在存储槽内药液温度达到目标温度值后，再通过主回路进行清洗药液的供给，同时控制加热器的加热功率，使主回路的供液温度稳定保持为供液目标温度值。该方法虽然可使得主回路清洗供液出口的温度达到供液目标温度，但是，在存在多工艺腔室时，由于各工艺腔室与主回路加热器之间还有一定的距离，化学液在从主回路流经各供给支路时，会继续产生温降，造成各工艺腔室终端喷淋化学液的温度与主回路供液出口的温度之间存在差异，导致温度控制的偏差；此外，由于各工艺腔室与主回路加热器之间的供给支路长短不一，化学液在从主回路流经各供给支路时的温降也有所不同，使得各工艺腔室之间的终端喷淋化学液的温度产生差异，这种状况会造成各工艺腔室工艺温度的一致性得不到保证，因而增加了温度控制的难度。因此，该专利公开的方法，只能对化学液供给主回路的出口温度进行控制，但无法保证化学液在由主回路经过各供给支路流向各工艺腔室时的终端喷淋温度。
为了保证多工艺腔室在不同工况下喷淋的化学液温度的一致稳定性，提高化学液的控温精度，缩短温度调节时间，本发明提出了一种新的化学液在线加热控制系统及控制方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种化学液在线加热控制系统及控制方法，可以有效减小管路压力和流量的波动对主管路出口化学液温度的影响，保证进入多工艺腔室的化学液温度的一致稳定性，提高化学液的控温精度，缩短温度调节时间。
为实现上述目的，本发明提供了一种化学液在线加热控制系统，其技术方案如下：
一种化学液在线加热控制系统，用于对具有多工艺腔室的半导体单片清洗设备的化学液供给管路进行清洗温度控制，所述供给管路包括依次连接的入口管路、主管路及多路并行支路，各所述支路的出口分别连接各所述工艺腔室，其特征在于，包括：
加热器，包括设于所述主管路的第一加热器及分别设于各所述支路的第二加热器，分别用于对所述主管路及各所述支路的化学液进行加热；
压力传感器，所述压力传感器设于所述入口管路，用于检测化学液的入口压力；
温度传感器，包括设于靠近所述主管路出口的第一温度传感器、分别设于靠近各所述支路出口的第二温度传感器，以及连接所述第一加热器加热元件的第三温度传感器，分别用于检测所述主管路出口、各所述支路出口的化学液温度，以及检测所述第一加热器的加热元件温度；
控制单元，分别与所述压力传感器、各所述温度传感器以及各所述加热器连接，所述控制单元根据设定温度，通过以所述第一加热器的加热元件温度为内环反馈值、以所述主管路出口的化学液温度为外环反馈值、以所述入口管路的化学液入口压力为前馈值，输出所述第一加热器的加热功率，控制将所述主管路出口的化学液温度加热至设定温度；并通过以各所述支路出口的化学液温度为反馈值，分别输出各所述第二加热器的加热功率，在线控制将各所述支路出口的化学液温度加热至各自所述工艺腔室的清洗目标温度。
优选地，所述控制单元包括：
温度采集模块，与各所述温度传感器分别连接，将来自各所述温度传感器的温度信号转换为数字信号并输出给逻辑处理模块；
AD转换模块，与所述压力传感器连接，将来自所述压力传感器的压力信号转换为数字信号并输出给逻辑处理模块；
逻辑处理模块，接收所述温度采集模块、AD转换模块输出的温度和压力数字信号并进行处理，所述逻辑处理模块根据设定温度，以所述第一加热器的加热元件温度为内环反馈值、以所述主管路出口的化学液温度为外环反馈值、以所述入口管路的化学液入口压力为前馈值，计算得到所述第一加热器的加热功率，并以各所述支路出口的化学液温度为反馈值，分别计算得到各所述第二加热器的加热功率，分别输出给模拟量输出模块；
模拟量输出模块，将所述逻辑处理模块输出的加热功率转换为电压或电流信号，控制所述第一加热器将所述主管路出口的化学液温度加热至设定温度，并在线控制各所述第二加热器将各所述支路出口的化学液温度加热至各自所述工艺腔室的清洗目标温度。
优选地，所述控制单元为PLC可编程控制器、MCU嵌入式控制器或计算机。
优选地，还包括一常开小流量回流管路，所述回流管路的进口与各所述支路一起并联连接所述主管路的出口，所述回流管路的出口通向化学液回收单元；其中，通过所述回流管路的常开使所述主管路的化学液保持流动状态，并且，在各所述支路关闭时，所述控制单元根据设定温度，继续通过以所述第一加热器的加热元件温度为内环反馈值、以所述主管路出口的化学液温度为外环反馈值、以所述入口管路的化学液入口压力为前馈值，计算输出所述第一加热器的加热功率，控制使所述主管路出口的化学液温度保持在设定温度。
优选地，所述回流管路的管径小于所述主管路的管径。
优选地，所述回流管路设有流量控制阀，所述流量控制阀控制所述回流管路的流量小于所述主管路在各所述支路打开时的工艺流量。
优选地，所述流量控制阀为手动流量调节阀或电液流量控制阀。
优选地，所述第一加热器的加热元件为电加热丝，所述第三温度传感器连接所述第一加热器的电加热丝。
优选地，所述压力传感器之前的所述入口管路、所述第一温度传感器之后的所述主管路出口、各所述支路的进口和出口分别设有控制阀。
优选地，所述入口管路依次设有手动控制阀和稳压阀，所述主管路出口、各所述支路进口和出口分别设有气动控制阀；其中，各所述支路出口的气动控制阀用于控制化学液的喷淋。
为实现本发明的目的，本发明还同时提供了一种化学液在线加热控制方法，其技术方案如下：
一种化学液在线加热控制方法，采用权利要求1～10任意一项所述的化学液在线加热控制系统，用于对具有多工艺腔室的半导体单片清洗设备的化学液供给管路进行清洗温度控制，所述供给管路包括依次连接的入口管路、主管路及多路并行支路，各所述支路的出口分别连接各所述工艺腔室，其特征在于，包括：
步骤S01：向供给管路的入口管路、主管路通入清洗化学液，并打开所述主管路设置的第一加热器，对所述主管路的化学液进行加热；
步骤S02：根据设定温度，以所述第一加热器的加热元件温度为内环反馈值，以所述主管路出口的化学液温度为外环反馈值，并以所述入口管路的化学液入口压力为前馈值，通过控制算法计算输出所述第一加热器的加热功率，控制将所述主管路出口的化学液温度加热至设定温度；
步骤S03：向连接所述主管路的各并行支路通入清洗化学液，并打开各所述支路分别设置的第二加热器，对各所述支路的化学液进行加热；
步骤S04：根据设定温度，以各所述支路出口的化学液温度为反馈值，通过控制算法分别计算输出各所述第二加热器的加热功率，在线控制将各所述支路出口的化学液温度加热至各自工艺腔室的清洗目标温度；
步骤S05：向各所述工艺腔室通入化学液执行清洗工艺，并重复步骤S02、步骤S04，使各所述支路出口的化学液温度稳定保持在各自所述工艺腔室的清洗目标温度。
优选地，在等候向各所述工艺腔室通入化学液时，关闭各所述支路，使所述主管路的化学液处于流动状态，然后，继续执行步骤S02，使所述第一加热器仍然维持一定的加热功率，并控制所述主管路出口的化学液温度保持在设定温度，以缩短在从等候状态切换到清洗工艺状态时，再次控制各所述支路出口的化学液温度达到清洗目标温度所需的调节时间。
优选地，使所述主管路的化学液处于流动状态的方法是：在所述主管路的出口并联接入一常开小流量回流管路，当各所述支路关闭时，使所述主管路的化学液通过所述回流管路持续流出。
优选地，所述回流管路中化学液的流量小于清洗工艺状态时所述主管路中化学液的流量。
优选地，使所述回流管路中化学液流量小于清洗工艺状态时所述主管路中化学液流量的方法是：将所述回流管路的管径加工为小于所述主管路的管径。
优选地，使所述回流管路中化学液流量小于清洗工艺状态时所述主管路中化学液流量的方法是：在所述回流管路设置流量控制阀，并通过调节所述流量控制阀的开度，控制所述回流管路中化学液的流量小于所述主管路在清洗工艺状态时的流量。
从上述技术方案可以看出，本发明的有益效果在于：
1)通过在化学液入口管路设置压力传感器对化学液的入口压力波动进行检测，并将检测值用于温度控制的前馈，能够有效减小化学液入口管路压力波动及多路并行的化学液供给支路开合造成的化学液主管路压力和流量的波动对化学液供给主管路出口化学液温度的影响。
2)通过采用检测化学液供给主管路第一加热器的加热元件温度作为内环反馈值，采用检测化学液供给主管路出口化学液温度作为外环反馈值，能够有效缩短化学液在线加热控制系统的温度调节时间，提高控温精度。
3)通过在多路并行的化学液供给支路上设置的第二温度传感器和第二加热器，采用检测各支路出口的化学液温度作为反馈值，可以有效保证多工艺腔室在不同工况下喷淋的化学液温度能够在线调节，并能够提高喷淋化学液温度的一致稳定性。
4)通过设置一具有小流量的回流管路，可有效缩短在线加热控制系统从等待供液的空闲状态切换到清洗工艺状态时，控制化学液温度达到各工艺腔室清洗目标温度所需的调节时间。
附图说明
图1是本发明一实施例的一种化学液在线加热控制系统的结构示意图；
图2是本发明一种化学液在线加热控制系统第一加热器的控制原理框图；
图3是本发明一种化学液在线加热控制系统第二加热器的控制原理框图；
图4是本发明一种化学液在线加热控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
在本发明的下述具体实施方式中，对本发明的一种化学液在线加热控制系统及采用该系统的一种化学液在线加热控制方法进行了详细说明。本发明的一种化学液在线加热控制系统和控制方法，用于对具有多工艺腔室的半导体单片清洗设备的化学液供给管路进行清洗温度控制。
在本发明的一具体实施例中，请参阅图1，图1是本发明一实施例的一种化学液在线加热控制系统的结构示意图。如图1所示，在本发明的化学液在线加热控制系统中，入口管路1、主管路3及三路并行支路7依次连接组成供给管路。支路7的数量可根据设备及工艺需要配置多个，图示例举了具有三路并行支路7时的情况。三路支路的进口以并联的形式与主管路3的出口连接。各所述支路7的出口分别连接各工艺腔室(图示省略)。
请继续参阅图1。在供给管路中的所述主管路3装有第一加热器4，用于对从入口管路1流入并流经所述主管路3的化学液进行加热；同时，在图示的三路所述支路7分别装有第二加热器8，用于对从主管路3流入并流经各所述支路7的化学液进行加热。为了减小经加热后的化学液在后续管路中的热损，第一、第二加热器4、8可分别安装在靠近主管路3及各所述支路7的出口处。
请继续参阅图1。在所述入口管路1装有压力传感器(PT)2，用于检测化学液的入口压力。在清洗工艺中，入口管路1中的化学液会产生压力波动，各支路7的开合也会造成主管路3中的化学液压力和流量的波动，这些波动都会对主管路3出口处的化学液温度产生影响。因此，本发明通过在入口管路1安装的压力传感器2，可即时对主管路3化学液的压力波动进行检测，并将检测值用于加热温度控制的前馈。
请继续参阅图1。本发明的加热控制系统对应第一、第二加热器4、8还分别安装了温度传感器，具体包括安装在位于第一加热器4之后、靠近所述主管路3出口的第一温度传感器(TS)6，分别安装在位于第二加热器8之后、靠近各所述支路7出口的第二温度传感器(TS)9，以及连接所述第一加热器4加热元件的第三温度传感器(TS)5，分别用于检测所述主管路3出口、各所述支路7出口的化学液温度，以及检测所述第一加热器4的加热元件温度。所述第一、第二加热器4、8可选为加热元件采用电加热丝形式的加热器，故所述第三温度传感器5是直接与所述第一加热器4的电加热丝连接，以更准确地检测第一加热器4的加热丝温度。
本发明通过设置的控制单元，来对供液管路中化学液的温度进行控制。控制单元分别与所述压力传感器2、各所述温度传感器6、9、5以及各所述加热器4、8连接(图示省略了控制单元及其与压力传感器2、温度传感器6、9、5以及加热器4、8的连接状态)。控制单元包括温度采集模块、AD转换模块、逻辑处理模块和模拟量输出模块。控制单元各模块之间的构成及工作关系，可分别通过图2和图3来进一步加以说明。
先请参阅图2，图2是本发明一种化学液在线加热控制系统第一加热器的控制原理框图，其显示了控制单元通过对第一加热器进行控制，来实现对主管路3出口处的化学液出口温度的控制。如图2所示，控制单元的温度采集模块分别与第一、第三温度传感器6、5连接，将采集的来自各所述温度传感器6、5的温度信号转换为数字信号，并输出给逻辑处理模块。AD转换模块与压力传感器2连接，将采集的来自所述压力传感器2的压力信号转换为数字信号，并输出给逻辑处理模块。逻辑处理模块接收到所述温度采集模块、AD转换模块输出的温度和压力数字信号后，即开始进行处理。所述逻辑处理模块根据对主管路3出口化学液的设定温度T1，以所述第一加热器4的加热元件测量温度(即第三温度传感器5检测到的第一加热器4电加热丝的温度)T加热丝为内环控制反馈值，以所述主管路3出口化学液的检测温度(即第一温度传感器6检测到的主管路3出口化学液的温度)T主管路为外环控制反馈值，并以所述入口管路1的化学液入口检测压力(即压力传感器2检测到的入口管路1化学液的压力)P1为前馈(补偿)控制值，通过一定的控制算法计算得到所述第一加热器4的加热功率，并将此计算值输出给模拟量输出模块。模拟量输出模块将所述逻辑处理模块输出的加热功率转换为电压或电流信号，输出至第一加热器4的控制器，使得第一加热器4按此功率工作，对主管路3中的化学液进行加热。从而，控制单元即可实现控制所述第一加热器4将所述主管路3出口的化学液温度加热至设定温度T1。
再请参阅图3，图3是本发明一种化学液在线加热控制系统第二加热器的控制原理框图，其显示了控制单元在控制第一加热器4加热的基础上，再同时通过对第二加热器8进行控制，来最终实现对各支路7出口处的化学液出口温度进行在线控制。如图3所示，控制单元的温度采集模块还分别与各支路7安装的第二温度传感器9连接，将采集的来自各第二温度传感器9的温度信号转换为数字信号，并输出给逻辑处理模块。在控制单元控制所述第一加热器4将所述主管路3出口的化学液温度加热至设定温度T1后，即开始实施支路控制，通过逻辑处理模块继续接收所述温度采集模块输出的各支路7出口处的化学液出口温度数字信号，并进行处理。所述逻辑处理模块根据对各支路7出口处的化学液工艺设定温度T2，以各支路7出口处的化学液测量温度(即第二温度传感器9检测到的各支路7出口处的化学液温度)T支路为反馈值，通过一定的控制算法计算得到各所述第二加热器8的加热功率，并将这些计算值输出给模拟量输出模块。模拟量输出模块将所述逻辑处理模块输出的各第二加热器8的加热功率转换为电压或电流信号，分别输出至对应的第二加热器8的控制器，使得各第二加热器8按相应的功率指令工作，对各自支路7中的化学液进行加热。从而，控制单元即可实现在控制第一加热器4将主管路3中的化学液加热到设定温度T1后，再进一步在清洗工艺过程中，在线控制各所述第二加热器8将各所述支路7出口的化学液温度分别加热至各自工艺腔室的化学液清洗工艺要求的温度T2，并完成本发明化学液在线加热控制系统的一个完整的加热温度控制循环。
之后，本发明的化学液在线加热控制系统将在清洗工艺过程中，由控制单元按照上述模式，继续以周期性的内、外环温度控制方式，辅以压力前馈补偿，即时调节第一加热器4的功率，使主管路3中的化学液出口温度保持在设定温度T1；并根据主管路3中化学液的出口温度，即时调节第二加热器8的功率，使各支路7中的化学液出口温度分别保持在各自工艺要求的温度T2，实现本发明加热控制系统的在线控制功能。
作为优选，所述控制单元可以是PLC可编程控制器、MCU嵌入式控制器或计算机。
请继续参阅图1。在所述主管路3的出口还连接有一个常开小流量回流管路10，所述回流管路10的进口与各所述支路7一起并联连接至所述主管路3的出口，所述回流管路10的出口通向化学液回收单元。通过使所述回流管路10处于常开状态，在各所述支路7关闭时，所述主管路3的化学液将通过所述回流管路10进入所述化学液回收单元，可使所述主管路3的化学液仍保持流动状态。设置回流管路10的一个作用，是为了在等候向各所述工艺腔室通入化学液时，例如在清洗工艺前各支路7尚未打开时，或处于产品的各批次之间的等待间隔时间时，或清洗过程中发生异常须关闭各所述支路7以及其他需要关闭各所述支路7的情况发生时，使所述主管路3的化学液仍处于流动状态。其目的是为了在各支路7关闭时，通过使所述主管路3的化学液处于流动状态，并使所述第一加热器4仍然维持一定的加热功率，来控制所述主管路3出口的化学液温度保持在设定温度T1，以缩短在从等候状态切换到清洗工艺状态时，再次控制各所述支路7出口的化学液温度达到清洗目标温度T2所需的调节时间。
在各支路7关闭时，所述主管路3的化学液将通过所述回流管路10进入所述化学液回收单元，使所述主管路3的化学液仍保持流动状态。所述控制单元根据设定温度T1，继续通过以所述第一加热器4的加热丝温度T加热丝为内环反馈值、以所述主管路3出口的化学液温度T主管路为外环反馈值、以所述入口管路1的化学液入口压力P1为前馈值，计算输出所述第一加热器4的加热功率，控制将所述主管路3出口的化学液温度加热并保持在设定温度T1。由于所述主管路3出口的化学液温度始终保持在设定温度T1，因此，明显缩短了将各所述支路7出口的化学液温度加热至各自所述工艺腔室的清洗目标温度时的调节时间，使得工艺效率得到了明显提高。
作为优选，将所述回流管路10的管径加工成小于所述主管路3的管径，这样可以通过设置小流量的回流管路10，减小主管路3的流量，使所述第一加热器4的加热功率可以维持在较低的状态，以降低清洗工艺的热预算，节约成本。也可以在所述回流管路10安装流量控制阀13，通过控制所述流量控制阀13具有一定的开度，使所述回流管路10的流量小于所述主管路3在各所述支路7打开时的正常工艺流量，实现等待时主管路3保持较小的流量。进一步优选地，所述流量控制阀13为手动流量调节阀或电液流量控制阀，可实现精确调节所述回流管路10的流量，从而控制主管路3保持较小的流量。
请继续参阅图1。在上述加热控制系统的基础上，为了更好地对供液管路的开合进行控制，在所述入口管路1、主管路3以及各所述支路7分别安装有控制阀，具体包括：在压力传感器2之前的所述入口管路1依次装有手动控制阀16、稳压阀11，所述手动控制阀16控制入口管路1的打开和关闭，设置所述稳压阀11以便根据各支路7开合造成的主管路3压力和流量波动的情况，稳定所述入口管路1的压力至一定范围，以减小入口管路1压力波动及各支路7开合造成的主管路3压力和流量的波动对化学液供给主管路3出口化学液温度的影响；在第一温度传感器6之后的所述主管路3、各所述支路7的进口装有气动控制阀12、14，以方便所述主管路3、各所述支路7的快速打开和关闭；此外，在各所述支路7的出口还分别装有用于控制化学液喷淋的气动控制阀15，以实现对进入各工艺腔室的化学液的形态进行控制和调节。
以上述各控制阀在供液管路的一种工作状态时的应用为例，当关闭各所述支路7的气动控制阀14、15，并打开入口管路1的手动控制阀16、主管路3的气动控制阀12以及调节好回流管路10的流量控制阀13开度时，化学液在外部压力的作用下，将从入口管路1经稳压阀11稳压至一定范围、并通过第一加热器4加热后流向化学液供给主管路3的出口，然后再通过小流量的回流管路10流出。在控制单元控制第一加热器4将主管路3出口的化学液温度加热至设定温度后，打开任一或若干多路并行的化学液供给支路7上的气动控制阀14、15，主管路3中的一部分化学液将流入该支路7或若干支路7，在控制单元控制第二加热器8将支路7出口的化学液温度加热至对应工艺腔室的工艺要求温度后，流入工艺腔室用于对晶片的清洗。
下面通过图4，对本发明的一种化学液在线加热控制方法进行详细说明。图4是本发明一种化学液在线加热控制方法的流程图，本发明的化学液在线加热控制方法，采用上述的化学液在线加热控制系统，用于对具有多工艺腔室的半导体单片清洗设备的化学液供给管路进行清洗温度控制，所述供给管路包括依次连接的入口管路、主管路及多路并行支路，各所述支路的出口分别连接各所述工艺腔室。可同时参考图1对本方法加以理解。如图4所示，本发明的化学液在线加热控制方法包括以下步骤：
如框S01所示，步骤S01：向供给管路的入口管路、主管路通入清洗化学液，并打开所述主管路设置的第一加热器，对所述主管路的化学液进行加热。
如框S02所示，步骤S02：根据设定温度，以所述第一加热器的加热元件温度为内环反馈值，以所述主管路出口的化学液温度为外环反馈值，并以所述入口管路的化学液入口压力为前馈值，通过控制算法计算输出所述第一加热器的加热功率，控制将所述主管路出口的化学液温度加热至设定温度。
如框S03所示，步骤S03：向连接所述主管路的各并行支路通入清洗化学液，并打开各所述支路分别设置的第二加热器，对各所述支路的化学液进行加热。
如框S04所示，步骤S04：根据设定温度，以各所述支路出口的化学液温度为反馈值，通过控制算法分别计算输出各所述第二加热器的加热功率，在线控制将各所述支路出口的化学液温度加热至各自工艺腔室的清洗目标温度。
如框S05所示，步骤S05：向各所述工艺腔室通入化学液执行清洗工艺，并重复步骤S02、步骤S04，使各所述支路出口的化学液温度稳定保持在各自所述工艺腔室的清洗目标温度。
上述对加热温度的控制，可通过化学液在线加热控制系统的控制单元来实现控制。
进一步地，在采用上述本发明的方法时，如果发生需要等候向各所述工艺腔室通入化学液的情况时，则关闭各所述支路，并使所述主管路的化学液仍处于流动状态。然后，继续执行步骤S02，使所述第一加热器仍然维持一定的加热功率，并控制所述主管路出口的化学液温度保持在设定温度，以缩短在从等候状态切换到清洗工艺状态时，再次控制各所述支路出口的化学液温度达到清洗目标温度所需的调节时间。
为了使所述主管路的化学液处于流动状态，可在所述主管路的出口并联接入一常开小流量回流管路(请参考图1)，并在当各所述支路关闭时，使所述主管路的化学液通过所述回流管路持续流出。为了降低清洗工艺的热预算，节约成本，需要使所述回流管路中化学液的流量小于清洗工艺状态时所述主管路中化学液的流量。其方法可以采用将所述回流管路的管径加工为小于所述主管路的管径，这样，可以通过小流量的回流管路，减小主管路的流量，使所述第一加热器的加热功率可以维持在较低的状态。也可以在所述回流管路安装流量控制阀，通过控制所述流量控制阀的开度，使所述回流管路的流量小于所述主管路在各所述支路打开时的清洗工艺状态时的正常工艺流量，实现等待时使主管路保持较小的流量，从而使所述第一加热器的加热功率可以维持在较低的状态。
综上所述，相比现有技术，本发明通过在化学液入口管路设置压力传感器，对化学液的入口压力波动进行检测，并将检测值用于温度控制的前馈，能够有效减小化学液入口管路压力波动及多路并行的化学液供给支路开合造成的化学液主管路压力和流量的波动对化学液供给主管路出口化学液温度的影响；通过采用检测化学液供给主管路第一加热器的加热元件(即加热丝)温度作为内环反馈值，采用检测化学液供给主管路出口化学液温度作为外环反馈值，能够有效缩短化学液在线加热控制系统的温度调节时间，提高控温精度；通过在多路并行的化学液供给支路上设置的第二温度传感器和第二加热器，采用检测各支路出口的化学液温度作为反馈值，可以有效保证多工艺腔室在不同工况下喷淋的化学液温度能够在线调节，并能够提高喷淋化学液温度的一致稳定性；通过设置一具有小流量的回流管路，可有效缩短在线加热控制系统从等待供液的空闲状态切换到清洗工艺状态时，控制化学液温度达到各工艺腔室清洗目标温度所需的调节时间。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (16)

1.一种化学液在线加热控制系统，用于对具有多工艺腔室的半导体单片清洗设备的化学液供给管路进行清洗温度控制，所述供给管路包括依次连接的入口管路、主管路及多路并行支路，各所述支路的出口分别连接各所述工艺腔室，其特征在于，包括：
加热器，包括设于所述主管路的第一加热器及分别设于各所述支路的第二加热器，分别用于对所述主管路及各所述支路的化学液进行加热；
压力传感器，所述压力传感器设于所述入口管路，用于检测化学液的入口压力；
温度传感器，包括设于靠近所述主管路出口的第一温度传感器、分别设于靠近各所述支路出口的第二温度传感器，以及连接所述第一加热器加热元件的第三温度传感器，分别用于检测所述主管路出口、各所述支路出口的化学液温度，以及检测所述第一加热器的加热元件温度；
控制单元，分别与所述压力传感器、各所述温度传感器以及各所述加热器连接，所述控制单元根据设定温度，通过以所述第一加热器的加热元件温度为内环反馈值、以所述主管路出口的化学液温度为外环反馈值、以所述入口管路的化学液入口压力为前馈值，输出所述第一加热器的加热功率，控制将所述主管路出口的化学液温度加热至设定温度；并通过以各所述支路出口的化学液温度为反馈值，分别输出各所述第二加热器的加热功率，在线控制将各所述支路出口的化学液温度加热至各自所述工艺腔室的清洗目标温度。
2.根据权利要求1所述的化学液在线加热控制系统，其特征在于，所述控制单元包括：
温度采集模块，与各所述温度传感器分别连接，将来自各所述温度传感器的温度信号转换为数字信号并输出给逻辑处理模块；
AD转换模块，与所述压力传感器连接，将来自所述压力传感器的压力信号转换为数字信号并输出给逻辑处理模块；
逻辑处理模块，接收所述温度采集模块、AD转换模块输出的温度和压力数字信号并进行处理，所述逻辑处理模块根据设定温度，以所述第一加热器的加热元件温度为内环反馈值、以所述主管路出口的化学液温度为外环反馈值、以所述入口管路的化学液入口压力为前馈值，计算得到所述第一加热器的加热功率，并以各所述支路出口的化学液温度为反馈值，分别计算得到各所述第二加热器的加热功率，分别输出给模拟量输出模块；
模拟量输出模块，将所述逻辑处理模块输出的加热功率转换为电压或电流信号，控制所述第一加热器将所述主管路出口的化学液温度加热至设定温度，并在线控制各所述第二加热器将各所述支路出口的化学液温度加热至各自所述工艺腔室的清洗目标温度。
3.根据权利要求1或2所述的化学液在线加热控制系统，其特征在于，所述控制单元为PLC可编程控制器、MCU嵌入式控制器或计算机。
4.根据权利要求1或2所述的化学液在线加热控制系统，其特征在于，还包括一常开小流量回流管路，所述回流管路的进口与各所述支路一起并联连接所述主管路的出口，所述回流管路的出口通向化学液回收单元；其中，通过所述回流管路的常开使所述主管路的化学液保持流动状态，并且，在各所述支路关闭时，所述控制单元根据设定温度，继续通过以所述第一加热器的加热元件温度为内环反馈值、以所述主管路出口的化学液温度为外环反馈值、以所述入口管路的化学液入口压力为前馈值，计算输出所述第一加热器的加热功率，控制使所述主管路出口的化学液温度保持在设定温度。
5.根据权利要求4所述的化学液在线加热控制系统，其特征在于，所述回流管路的管径小于所述主管路的管径。
6.根据权利要求4所述的化学液在线加热控制系统，其特征在于，所述回流管路设有流量控制阀，所述流量控制阀控制所述回流管路的流量小于所述主管路在各所述支路打开时的工艺流量。
7.根据权利要求6所述的化学液在线加热控制系统，其特征在于，所述流量控制阀为手动流量调节阀或电液流量控制阀。
8.根据权利要求1所述的化学液在线加热控制系统，其特征在于，所述第一加热器的加热元件为电加热丝，所述第三温度传感器连接所述第一加热器的电加热丝。
9.根据权利要求1所述的化学液在线加热控制系统，其特征在于，所述压力传感器之前的所述入口管路、所述第一温度传感器之后的所述主管路出口、各所述支路的进口和出口分别设有控制阀。
10.根据权利要求9所述的化学液在线加热控制系统，其特征在于，所述入口管路依次设有手动控制阀和稳压阀，所述主管路出口、各所述支路进口和出口分别设有气动控制阀；其中，各所述支路出口的气动控制阀用于控制化学液的喷淋。
11.一种化学液在线加热控制方法，采用权利要求1～10任意一项所述的化学液在线加热控制系统，用于对具有多工艺腔室的半导体单片清洗设备的化学液供给管路进行清洗温度控制，所述供给管路包括依次连接的入口管路、主管路及多路并行支路，各所述支路的出口分别连接各所述工艺腔室，其特征在于，包括：
步骤S01：向供给管路的入口管路、主管路通入清洗化学液，并打开所述主管路设置的第一加热器，对所述主管路的化学液进行加热；
步骤S02：根据设定温度，以所述第一加热器的加热元件温度为内环反馈值，以所述主管路出口的化学液温度为外环反馈值，并以所述入口管路的化学液入口压力为前馈值，通过控制算法计算输出所述第一加热器的加热功率，控制将所述主管路出口的化学液温度加热至设定温度；
步骤S03：向连接所述主管路的各并行支路通入清洗化学液，并打开各所述支路分别设置的第二加热器，对各所述支路的化学液进行加热；
步骤S04：根据设定温度，以各所述支路出口的化学液温度为反馈值，通过控制算法分别计算输出各所述第二加热器的加热功率，在线控制将各所述支路出口的化学液温度加热至各自工艺腔室的清洗目标温度；
步骤S05：向各所述工艺腔室通入化学液执行清洗工艺，并重复步骤S02、步骤S04，使各所述支路出口的化学液温度稳定保持在各自所述工艺腔室的清洗目标温度。
12.根据权利要求11所述的化学液在线加热控制方法，其特征在于，在等候向各所述工艺腔室通入化学液时，关闭各所述支路，使所述主管路的化学液处于流动状态，然后，继续执行步骤S02，使所述第一加热器仍然维持一定的加热功率，并控制所述主管路出口的化学液温度保持在设定温度，以缩短在从等候状态切换到清洗工艺状态时，再次控制各所述支路出口的化学液温度达到清洗目标温度所需的调节时间。
13.根据权利要求12所述的化学液在线加热控制方法，其特征在于，使所述主管路的化学液处于流动状态的方法是：在所述主管路的出口并联接入一常开小流量回流管路，当各所述支路关闭时，使所述主管路的化学液通过所述回流管路持续流出。
14.根据权利要求13所述的化学液在线加热控制方法，其特征在于，所述回流管路中化学液的流量小于清洗工艺状态时所述主管路中化学液的流量。
15.根据权利要求14所述的化学液在线加热控制方法，其特征在于，使所述回流管路中化学液流量小于清洗工艺状态时所述主管路中化学液流量的方法是：将所述回流管路的管径加工为小于所述主管路的管径。
16.根据权利要求14所述的化学液在线加热控制方法，其特征在于，使所述回流管路中化学液流量小于清洗工艺状态时所述主管路中化学液流量的方法是：在所述回流管路设置流量控制阀，并通过调节所述流量控制阀的开度，控制所述回流管路中化学液的流量小于所述主管路在清洗工艺状态时的流量。
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